Введение
Произведя настоящую революцию в жанре шутеров от первого лица с выходом Half-Life и Half-Life 2, Valve Software, как можно было бы предположить, должна была расслабиться и без спешки поработать над Team Fortress 2. Но всё не так. Valve продолжает развиваться, и на этот раз цель её не менее амбициозна — революция в игровом освещении.
После обеда в один из ещё тёплых сентябрьских дней Valve пригласила группу журналистов в свою студию, чтобы показать уровень Lost Coast для Half-Life 2, который должен выйти в ближайшее время, а также обратить внимание на все технологии, которые были введены в игру. И хотя перед нами всего один уровень, Lost Coast способен сделать свой вклад в революцию Half-Life 2 из-за освещения с высоким динамическим диапазоном (High Dynamic Range, HDR).
У Valve большое количество наград. Так и хочется поработать «фомкой».
Принципы, лежащие за технологической демонстрацией Lost Coast, вполне просты и понятны. Выпуская новую технологию в виде небольших демонстраций вместо полноценной новой игры, Valve пытается ещё сильнее продвинуть инновации в играх. Lost Coast является подходом Valve к тестированию инноваций в виде небольших и сжатых фрагментов игрового процессора, которые способны показать, на что годятся новые технологии. Valve, по видимому, не желает инвестировать немалое количество времени и денег в разработку полностью новой игры. Если подход докажет своё право на жизнь, то мы наверняка в будущем увидим подобные бесплатные (или недорогие) технологические демонстрации.
HDR — в жизнь!
Так что же такое HDR? Простой ответ заключается в том, что перед нами новая технология, которая позволяет лучше выводить очень светлые и очень низкие уровни освещения, обеспечивая более реалистичный вид сцены и объектов. Если быть более точным, то картинка выводится на простом мониторе с большей контрастностью, чем обычно, через весьма изощрённые методы.
HDR можно встретить в различных формах в Lost Coast и других играх. Ниже мы привели примеры лишь немногих методов реализации HDR.
Картинка справа получена с включённым HDR, а слева — без HDR.
Засвечивание (Blooming). Данный эффект подразумевает размытие ярких областей картинки для симуляции передержки камеры. Эффект можно заметить, если посмотреть на солнце или любой другой яркий источник сцены.
HDR skybox. Меняя засветку, позволяет игре менять общее освещение сцены в игре в зависимости от обстоятельств персонажа. К примеру, если Гордон Фриман выходит из тёмной области в светлую, то световые источники будут казаться ему ярче пока глаза «не привыкнут».
HDR-освещение (HDR lighting). Внешние HDR-сцены освещаются как в реальных условиях, только с помощью одного источника. Затем свет этого источника диффузно отражается от многих объектов, реалистично освещая всю сцену.
Отражение от воды HDR (HDR water reflection). Вода в HDR-сцене отражает яркие световые источники, в результате чего они появляются вдоль кромки воды, используя ещё и засвечивание. То же самое происходит и при взгляде под водой.
HDR-преломление (HDR refraction). Если взять полупрозрачную или преломляющую текстуру вроде окна или абажура, HDR-освещение заставляет переносить свойства этой текстуры на освещение сцены вокруг.
Жизненный пример засвечивания двери в офисе Valve.
Демонстрация Valve
Мероприятие началось с краткого объявления возможностей, которые движок Source получил на уровне Lost Coast. С журналистами встретились Гари МакТаггарт (Gary McTaggart), Крис Грин (Chris Green) и Рэнди Ландин (Randy Lundeen) из команды Lost Coast. Они рассказали о процессе разработки и внедрения HDR-эффектов в движок Source. Им помогал Поль Дебевек (Paul Debevec), графический инженер, концентрирующийся на эффектах HDR, а также Гейб Ньюелл (Gabe Newell), управляющий директор и основатель Valve. На скриншотах игры хорошо заметны некоторые функции HDR. Скриншоты — это, конечно, хорошо, но нам не терпится ощутить эффекты HDR непосредственно в игре. Собрав журналистов, команда Valve приглушила свет, и Гари МакТаггарт загрузил новый уровень.
Любопытное добавление Lost Coast: DVD-подобная система комментариев, позволяющая разработчикам объяснить свои решения геймерам.
Модель рыбака была специально разработана для Lost Coast. Она содержит более 3000 полигонов и тоже предназначена для демонстрации HDR-освещения на уровне.
Монастырь наглядно демонстрирует эффекты HDR-преломления, когда свет проходит через витражи.
На уровне Lost Coast вы всегда видите солнце. Мы так и не поняли, является ли это «фичей» или ошибкой.
Разница между LDR (низкий динамический диапазон) и HDR наглядно заметна на этой иллюстрации. Здесь видно, как засвечивание, отражения и преломления меняют вид сцены. LDR — слева, а HDR — справа.
Вехи на пути внедрения HDR
По информации Valve, технология HDR прошла через три тестовые фазы перед тем, как появилась финальная версия. Ниже показаны основные вехи на пути реализации HDR.
Первая реализация HDR была показана на мероприятии «Shader Day» в Valve в 2003 году. Изначальная реализация не получилась из-за сложных шейдеров и определённых трудностей в работе с альфа-смешением и туманом. Разработчики поняли, что им придётся заняться математикой для получения рабочего альфа-смешения, но тогда это слишком сильно нагружало графический процессор.
Реализация #1 в работе (скриншот является собственностью Valve).
Вторая реализация появилась после выхода Half-Life 2 и была использована для скриншотов Lost Coast. Альфа-смешение работало, но вот сглаживание с мультисэмплингом (Multi-Sampling Anti-Aliasing, MSAA) — нет, в отличие от первой реализации. Да и ресурсы съедались просто нещадно.
Третья версия HDR была раскрыта на E3 в этом году. По информации Valve, это HDR-реализация будущего, но не настоящего. В неё входят преломления, но они не будут успевать правильно просчитываться на ряде карт, поскольку здесь используется альфа-смешение с плавающей запятой. Поддержки MSAA нет, да и текущее «железо» не сможет выводить HDR-туман. Всё решит дальнейшее улучшение графических карт. Так считает Поль Дебевек, поскольку оба графических тяжеловеса в индустрии вводят всё больше вычислений с плавающей запятой, чтобы завершить «тёмную эпоху восьми бит».
Четвёртая реинкарнация является текущей. Она же будет использоваться в играх, которые появятся в не столь отдалённом будущем. Эта версия поддерживает MSAA, в неё можно играть на всех картах DirectX 9 с хорошей производительностью, ощущая лишь небольшое падение частоты кадров по сравнению с LDR-версией Half-Life 2. Кроме того, для эффектов засвечивания и HDR-текстур берётся небольшое количество дополнительной памяти, поэтому дополнительную планку памяти для HDR докупать не придётся.
Дальнейшие продвижения HDR
Valve знает, что очень многим обязана сообществу энтузиастов, которое смогло существенно продлить жизнь Half-Life после выпуска игры. HDR будет полностью поддерживаться Half-Life 2 SDK после выпуска уровня Lost Coast, что позволит энтузиастам самостоятельно создавать всевозможные сумасшедшие сценарии, включающие засвечивание, преломление и динамическую регулировку освещения. Гейб Ньювелл допускает появление даже шпионских/воровских игр (а-ля Thief), в которых геймерам придётся использовать световые источники, тени и ослепительный свет для своих тёмных делишек.
HDR можно включать или выключать в меню настроек видео в игре. Кроме того, можно установить опцию «Bloom Only», когда будут активны только эффекты засвечивания.
Что интересно, Lost Coast не станет первой игрой Valve, использующей HDR. До нового уровня Valve планирует выпустить Day of Defeat: Source через систему обеспечения контента Steam, и эта игра будет поддерживать HDR. Однако поддержка HDR будет реализована на существующих картах, а не на картах, которые специально созданы с учётом HDR. Поэтому в этом отношении Lost Coast станет первой игрой, полностью реализующей потенциал HDR.
Day of Defeat: Source в работе
После завершения демонстрации мы получили возможность протестировать Day of Defeat: Source, которая должна поступить в систему Steam на момент публикации статьи. Мы получили возможность проверить новые функции, которые движок Source и HDR-освещение добавили к уровням.
В Day of Defeat многое изменилось по сравнению с оригинальной версией. Valve полностью переработала игру, чтобы она смогла конкурировать с Battlefield, Medal of Honor и Call of Duty в мире шутеров по мотивам Второй мировой войны. Добавление HDR к игре сказалось не очень сильно, но существенно заметно по рендерингу света, особенно в тёмных сценах и на воде. Технология HDR была добавлена поверх существующих карт — в отличие от Lost Coast, когда уровень специально создавался для демонстрации технологии. Поэтому функции вроде преломления света здесь не особо заметны, (например, цветное стекло в церкви не используется), но вот засветку и ряд других HDR-эффектов заметить можно.
Заключение
Что ж, настало время попрощаться с Valve. Эта компания ещё раз доказала, что способна как создавать великолепные игры, так и продвигать вперёд игровые технологии. Valve смогла наглядно донести до нас все преимущества HDR. Действительно, за этой технологией кроется довольно многое.
Гейб Ньюелл за огромным клапаном в центре офиса Valve (по слухам, он контролирует канал Steam).
